Турбулизатор Советский патент 1992 года по МПК B01F5/06 

Изобретение относится к гидравлике и предназначено для получения мелкомасштабных турбулентных регулярных структур в потоках жидкости и газа для интенсификации тепломассопереноса при смешении разнородных жидкостей, гомогенизации эмульсий и стабилизации суспензий.

Известны турбулизаторы.содержащие установленное в потоке жидкости или газа плохоо &тёкаемоё тело в риде уголкового профиля, кольца или набора плохообтекае- мых элементов.;

Недостатками известных устройств являются генерирование ими хаотичной турбу- лентности с крупномасштабными структурами, которая вызывает неоднозначность состава и поля скоростей потока, а также значительное гидросопротивление, оказываемое турбулизатором потоку,

Известен турбулизатор в виде полого тела - кольца, на внешней и внутренней поверхностях которого выполнены канавки с противоположным направлением наклона к образующей кольца.

Этот турбулизатор наиболее близок к описываемому по технической сущности. Он обеспечивает при соприкосновении внешних и внутренних поверхностей нескольких полых тел образование в каналах и на их выходе мелкомасштабных вихревых шнуров, определяющих структуру турбулентного потока.

Недостатками прототипа является значительное гидросопротивление и ограниченные функциональные возможности. Он не может образовывать наиболее эффективных и долгоживущих парных вихрей в потоке.

Целью изобретения является повышение эффективности турбулизации потока.

Нафиг.1 представлен продольный разрез турбулизатора; на фиг.2-развертка участка полого тела с наклонными канавками; на фиг.З - сечение А-А на фиг.2 и схема течения жидкости; на фиг.4 - развертка варианта однонаправленной нарезки канавок на внешней и внутренней поверхностях полого тела; на фиг.5 - вид с торца на устройство на фиг. 1.

Турбулизатор (см. фиг. 1) содержит кольцо 1, на внешней поверхности 2 которого выполнена прямоугольная многозаходная нарезка, образующая винтовые канавки 3 глубиной hi и углом а с осью кольца 1. На внутренней поверхности 4 кольца имеется прямоугольная многозаходная нарезка, образующая винтовые канавки 5 глубиной 2 им с углом аг относительно оси кольца 1. Сумма глубин hi и h2 превышает толщину h

кольца 1 так, что канавки 3 и 5, пересекаясь, образуют ромбовидные отверстия 6. Кольцо 1 установлено в корпусе 7 на пилонах 8 и может образовывать с ним кольцевой зазор

9. Внутри кольца 1 на пилонах 0 установлен центральный обтекатель 10, который может образовывать с внутренней-поверхностью 4 кольца 1 кольцевой зазор 11. Кольцо 1 турбулизатора может быть также установлено

0 в корпус 7 и обтекатель 10 плотно, без зазоров. На внутренней поверхности корпуса 7 может быть выполнена винтовая нарезка 12, а на внешней поверхности обтекателя 10 - винтовая нарезка 13. Между корпусом 7 и

5 обтекателем 10 могут быть установлены несколько соосных колец 1 со скрещенной винтовой нарезкой.

При подаче плохоперемешанного двухфазного потока в корпус 7 он обтекает пило0 ны 8 и поступает в винтовые канавки З и 5, а также в кольцевые щели 9 и 11. В каждом из пересечений канавок 3 и 5, образующих отверстия 6, скрещенные потоки взаимодействуют между собой, образуя вихри 14.

5 Незакрученный поток в кольцевом зазоре 9, взаимодействуя с потоками в винтовых канавках 3. образует в них вихри .закрученные в противоположном направлении по отношению к вихрям 14. Вместе вихри 14 и

0 15 образуют устойчивую структуру - парный вихрь, который истекает вместе с потоком из канавок 3 и образует на выходе из турбу- лизатора совокупность спиральных парных вихрей. Аналогично происходит процесс

5 взаимодействия потока в канавках 5 с потоком в скрещенных с ними канавках 3 и незакрученным потоком в зазоре 11.

Ширина зазоров 9 и 11 зависит от густоты нарезки, вязкости жидкости, наличия ка0 резки на корпусе 7 и обтекателе 10.

При отсутствии нарезки на обтекателе величина зазоров 9 и 11, преимущественно, составляет 0,26-0,8 т глубины h прилегающих канавок 3 или 5. При выполнении на

5 корпусе 7 и обтекателе. 10 нарезки, противоположно закрученной относительно канавок 3 и 5 соответственно, зазоры 9 и 11 можно не делать, а устанавливать кольцо 1 плотно D корпус 7, а обтекатель 10 - впрес0 совать в кольцо 1.

В этом случае на выходе из турбулизатора образуется турбулентный поток, имеющий соосные ряды парных винтовых вихрей, окруженных с внешней и внутренней сторон

5 рядом спиральных одиночных вихрей.

Ввиду того, что канавки 3 и 5 перекрывают друг друга в пересечениях 6 на величину, равную разнице между суммой их глубин hl+ti2 и толщиной h кольца 1. взаимодействие потоков в них более интенсивное, по

сравнению с взаимодействием между потоками в зазорах 9 и 11 и канавках 3 и 5.

Вследствие этого парные вихри 14 и 15 в канавках 3 и 5 несимметричны и сами скручены в спираль. Наконец, поток в зазорах 9 и 11, взаимодействуя с потоком в канавках 3 и 5, приобретает некоторую общую закрутку, особенно в случае выполнения на корпусе 7 и на обтекателе 10 нарезки, выполненной в сторону прилегающих к ним канавок 3 и 5 кольца 1.

В случае установки соосно нескольких колец 1 друг D друге в каналах 3 и 5 каждого кольца происходит образование парных вихрей за счет взаимодействия потоков в отверстиях бив местах соприкосновения канавок 3 и 5 соседних колец. Здесь также за счет более интенсивного взаимодействия потоков в отверстиях б парные вихри получают общую закрутку и образуют на выходе систему пеоекоученных спиральных, равномерно расположенных парных вихрей.

Такая структура потока обеспечивает долгоживущую турбулентность заданного размерами канавок 3 и 5 масштаба, способствующую измельчению капель эмульсий и образованную на выходе гомогенизированной структуры. В местах пересечения каналов центробежные ускорения двухфазного потока достигают 105д, что при подаче жидкости приводит к периодическому появлению и схлопыванию кавитационных каверн внутри закрученного потока. Такой процесс обусловливает генерирование в потоке интенсивного ультразвукового широкополос- ного поля, которое содействует

измельчению жидкостей на мелкие капли, резкой интенсификации процессов тепло- массопереноса

В целом, описываемое выполнение гур- 5 булизатора обеспечивает образование в потоке жидкости или газа мелкомасштабных вихревых структур заданной конфигурации и интенсивности

Формула изобретения 0 1. Турбулизатор, содержащий установленное в корпусе ко льцо, на внешней и внутренней поверхностях которого выполнены канавки с противоположным направлением наклона к образующей кольца, отличаю- 5 щ и и с я тем, что, с целью повышения эффективности процесса турбулизации потока, канавки образуют в местах их пересечения в кольце сквозные отверстия

2.Турбулизатор поп.1.отличающий- 0 с я тем, что он снабжен обтекателем, установленным по оси кольца, а кольцо установлено в корпусе с зазором.

3.Турбулизатор по п.1 и 2, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что на внутренней поверхно5 сти корпуса и внешней поверхности обтекателя выполнена винтовая нарезка.

4.Турбулизатор по пп. 1 и 2, отличающий с я тем, что оно снабжено дополнительными кольцами, коаксиально установ0 ленными между корпусом и обтекателем, при этом кольца выполнены с наклонными канавками на внешней и внутренней поверхностях.

5.Турбулизатор по п.1, о т л и ч а ю щ и й- 5 с я тем, что кольцо установлено вплотную к

корпусу и обтекателю.

Изобретение относится к гидравлике и предназначено для получения в потоках жидкости и газа мелкомасштабных турбулентных регулярных структур в целях интенсификации тепломассопереноса при смешении разнородных жидкостей,, гомогенизации эмульсий и стабилизации суспензий. Турбулизатор содержит установленное в корпусе 7 кольцо 1 с выполненными на его внешней 2 и внутренней 4 поверхностях наклонными под различными углами к направлению канавками 3 и 5. Сумма глубин канавок превышает толщину кольца 1, в результате чего канавки образуют между собой в местах пересечений сквозные отверстия 6. Кольцо 1 установлено в корпусе 7 с кольцевым зазором, в нем установлен с зазором 11 обтекатель 10, а между обтекателем 10и корпусом 7 установлено несколько соосных,.колец. В одном из вариантов выполнения кольцо установлено вплотную к корпусу и обтекателю. 4 з.п.ф- лы, 5 ил. д с 3 Ё V| О О J VI VI Фиг.1

Фиг

4-А

Фиг.З

ФигЗ

Фиг.5